【導(dǎo)讀】基于GSM的遠(yuǎn)程溫控單元設(shè)計(jì)。短消息是目前利用最廣泛的通信方案之一，基于GSM短消息的業(yè)務(wù)不需要。建立撥號(hào)連接，只需把待發(fā)的消息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息。中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、通信成本低、頻譜利用率高、保密性好。的新型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了GSM無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以實(shí)。他遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和無人值守的場(chǎng)合。為了能實(shí)時(shí)的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)溫度，本文采用A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用DSP. 的實(shí)時(shí)處理能力，將采集到的溫度定時(shí)顯示在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)屏上，遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)中心使用。GSM短消息業(yè)務(wù)向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送控制命令，現(xiàn)場(chǎng)接收到控制命令后通過對(duì)模擬溫箱。的通斷實(shí)現(xiàn)溫度的升降調(diào)節(jié)和向監(jiān)測(cè)中心反饋當(dāng)前溫度值。本設(shè)計(jì)是建立在實(shí)驗(yàn)室提供的硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上的，本文詳細(xì)介紹了各硬件模。塊，并且編寫了相應(yīng)的程序進(jìn)行了測(cè)試，最后完成了整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試，調(diào)試結(jié)果。充分驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的合理性和正確性。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文). 論文研究的主要內(nèi)容...

　　

【正文】 出， A0~A2 為 8 路模擬輸入的地址選擇； Vss 為電源電壓， VREF 為外接參考電壓，若不用可接 和 去耦電容各一個(gè)； AGND和 DGND 分別為模擬地和數(shù)字地， CLK 為時(shí)鐘輸入（可以從 200KHz 到 8MHz），BUSY 為忙指示輸出， CS、 RD 和 WR 分別為片選信號(hào)、讀信號(hào)和寫信號(hào)。 圖 36 為設(shè)計(jì)中的 A/D 轉(zhuǎn)換電路原理圖，與 DSP 采用并行接口，由于ADS7852 為 12 位并行輸出， 8 位 CPU 必須分兩次才能讀入。第一次讀低 8 位，同時(shí)將高 4 位送入外部鎖存；第二次通過三態(tài)緩沖器將高 4 位讀入。模塊上的IN0~IN7 插孔對(duì)應(yīng)于圖中 ADIN0~ADIN7 引腳，模塊上的 BUSY、 CLK 插孔分別對(duì)應(yīng)于圖中 BUSY、 CLK 引腳， CS785 CS244 插孔分別為 ADS7852 和 74LS244的選通信號(hào)，也可通過跳線選擇， AOUT0、 AOUT1 插孔為兩個(gè)模擬電壓輸出端，范圍為 0~5V，通過電位器 K K5 實(shí)現(xiàn)，電位器 K1 為 參考電壓調(diào)節(jié)端。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 20 圖 36 A/D轉(zhuǎn)換電路原 理圖 圖 37 為 ADS7852 的時(shí)序圖，其中圖（ a）為啟動(dòng)與轉(zhuǎn)換時(shí)序，圖（ b）為轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出時(shí)序，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被輸出到并行數(shù)據(jù)總線上， DSP 就可以進(jìn)行輸出電壓信號(hào)的讀操作。在 DSP 編程時(shí)需要注意時(shí)序的匹配。 圖 37 AD7852時(shí)序圖 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 21 溫控模塊電路 溫度控制模塊由溫度信號(hào)采集電路、模擬溫箱加熱控制電路兩部分組成。其中模擬溫箱加熱控制電路位于鐵殼內(nèi)， 其 上有 AC220V 電源接口。 本模塊中溫度信號(hào)的采集采用熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小。經(jīng)運(yùn)放 LM358 轉(zhuǎn)換為 A/D 模塊可以處理的電壓信號(hào)。 其原理圖如圖 38 所示： 如圖 38 溫度采集電路 室溫 (25℃ )時(shí)， R11 的阻值為 10K。當(dāng)溫度上升到 140℃時(shí)，阻值降為幾歐。我們假設(shè)在此范圍內(nèi)，阻值隨溫度的變化是線性的。第一級(jí) CA358 將電壓信號(hào)放大，第二級(jí) CA358 為電壓跟隨器。在實(shí)驗(yàn)中 ,我們假設(shè)溫度從 0℃變化到 100℃，TEMP_OUT 的輸出從 5V 變化到 0V,那么在室溫 (25℃ )條件下 ,TEMP_OUT 的輸出近似為 。因此每次實(shí)驗(yàn)前，必須調(diào)整 10K 電位器，使當(dāng)前輸出電壓值與溫度相匹配。 對(duì)溫度的控制是通過雙向可控硅 BT137 控制加熱電 阻 R12 的加熱時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。 TLP521 為直流光電隔離， 2 腳為輸入端， 3 腳為輸出端。 MC3021 為交流光電隔離， 2 腳為輸入， 6 腳為輸出。 J3 為 220V 交流電接口。 IN_SYNC為電源端同步信號(hào)， OUT_SYNC 為負(fù)載端同步信號(hào)。 IN_SYNC、 OUT_SYNC主要用于控制可控硅的導(dǎo)通角。其原理圖如圖 39 所示： 鐵殼上的 POWER 指示燈對(duì)應(yīng)于圖中 D1， LOAD 指示燈對(duì)應(yīng)于圖中 D2，模塊上 HEAT 指示燈對(duì)應(yīng)于圖中 D4。模塊上的 HEATER、 TEMP_OUT、 P_SYNC、L_SYNC 插孔分別對(duì)應(yīng)于 圖中的 HEAT（ control）、 TEMP_OUT、 IN_SYNC、OUT_SYNC 引腳。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 22 圖 39 模擬溫箱加熱控制電路 GSM模塊電路 本模塊由 BENQ 公司 M22 模塊及外圍接口電路組成。 M22模塊： 1）產(chǎn)品特征 三頻 GSM 模塊，支持 GSM900/DCS1800/PCS1900 執(zhí)行 ETSI GSM Phase 2+的標(biāo)準(zhǔn) 類別 4（ 2W @ 900MHz）類別 1（ 1W @ 1800/1900MHz） 外部 3V SIM 2）供電 ～ DC 通話時(shí)功耗：最小 230 毫安，最大 260 毫安 待機(jī)模式：小于 6 毫安 GPRS 通信時(shí)：小于 250 毫安 外部尺寸： 40 mm 重量： 13g（包括屏蔽的） 3）短消息服務(wù) 包括：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 MTamp。MO，短消息區(qū)域廣播，回復(fù)呼叫信息，附加服務(wù)，呼叫轉(zhuǎn)移，多方通話，呼叫限制，電話簿，固定號(hào)碼呼叫，呼叫等待或保持，呼叫線路認(rèn)證，記費(fèi)，紅外線 SIM數(shù)據(jù)傳輸，回聲取消， SIM 工具包， SIM 鎖， USSD 4）基本特征 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 23 通話或緊急呼叫 最高速率，升級(jí)最高速率和半速率 雙音多頻功能（ DTMF）， 5）數(shù)據(jù)特征 數(shù)據(jù)線路異步傳輸和 同步可達(dá) 14,400 bits/s 自動(dòng)傳真 group3（ class 1amp。2） 通話和傳真轉(zhuǎn)換 GPRS 6）接口 單一天線接口（ for 900/1800/1900） 通過 AT指令控制 44pin 引腳接口： ●電源 ● 3V SIM 卡 和 SIM卡監(jiān)測(cè) ● 1蜂鳴器輸出， 1麥克風(fēng)輸入 ●串口接口 ● 1揚(yáng)聲器輸出 ● RS232 串口連接支持 : AT命令控制 (GSM and ) 支持的波特率 300～ 115,200 bits/s 自動(dòng)波特率監(jiān)測(cè) (300 tp 38,400 bits/s) 外圍接口電路 外圍接口電路由電源、擴(kuò)展接口電路、超級(jí)終端（ PC）接口電路、 SIM卡接口電路等組成。其原理圖如圖 310所示，其中 U1 為通用異步串行收發(fā)器NS16C450[15]，用于與 DSP接口； U2為電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX3238，構(gòu)成超級(jí)終端（ PC）接口電路，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信； J2為 SIM卡插座接口，由 M22模塊控制； RS232為異步串行通信接口，用于直接與 PC及通信。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 24 圖 310 GSM外圍接口電路 M22 模塊是通過一個(gè)通用異步串行收發(fā)器（ UART） NS16C450 與 PC 機(jī)相接口， NS16C450 提供異步的串行接收數(shù)據(jù)，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間同時(shí)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換和并 /串轉(zhuǎn)換，這些功能對(duì)將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成數(shù)字系統(tǒng)所需的并行數(shù)據(jù)流是很有必要的。串行數(shù)據(jù)流的同步化是通過給傳輸數(shù)據(jù)增加起始位和結(jié)束位作為數(shù)據(jù)標(biāo)志來實(shí)現(xiàn)的（面向協(xié)議的特征）。給數(shù)據(jù)標(biāo)志中還增加了奇偶校驗(yàn)位來保證數(shù)據(jù)的完整性。奇偶校驗(yàn)位可被數(shù)據(jù)接收機(jī)用來檢測(cè)任何傳輸位的錯(cuò)誤。這種制作在單晶硅上，并且包含了所有那些功能的電子電路是相當(dāng)復(fù)雜的。NS16C450 就是這樣的一種高性能的整合體，它被設(shè)計(jì)為工作在高速、網(wǎng)絡(luò)共享的環(huán)境 中。 NS16C450 內(nèi)部包含 11 個(gè)檢測(cè)和控制寄存器，這些寄存器的功能分別為：數(shù)據(jù)保持寄存器（ THR/RHR）、中斷狀態(tài)和控制寄存器（ ISR/IER）、線路狀態(tài)和控制寄存器（ LSR/LCR）、調(diào)制狀態(tài)和控制寄存器（ MSR/MCR）、可編程的數(shù)據(jù)傳輸率（ Clock）控制寄存器（ DLL/DLM）和一個(gè)用戶可訪問的暫存寄存器（ SPR）。地址選擇位 A2A1A0 用于選通各寄存器工作。 LCD模塊電路 本設(shè)計(jì)過程中使用 Protel 制作了一塊 PCB 板，其上包括 4*4 的矩陣鍵盤，LCD 液晶顯示屏，八位撥碼開關(guān)及八位 LED，通過 74LVC245 和 74LVC273 實(shí)現(xiàn)了 IO 口的擴(kuò)展。僅用兩個(gè) IO 口 IOINCS 和 IOOUTCS 作為 74LVC245 和華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 25 74LVC273 的片選 [16]，擴(kuò)展為八個(gè) IO 口，從而使 DSP 有限的 IO 空間資源得到了擴(kuò)展，并且提供了一個(gè)有用的人機(jī)界面接口，供實(shí)驗(yàn)及測(cè)試使用。本設(shè)計(jì)中使用的部分電路如圖 311 所示： 圖 311 LCD 接口電路 PCB布線需要注意的問題 雖然本論文討論的時(shí)候核心 DSP 只是運(yùn)行在 1/2 CLKIN 的頻率下，但在實(shí)用階段時(shí) DSP 會(huì)全速運(yùn)行，以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，所以在 PCB 布線的時(shí)候，需要考慮到高頻所帶來的干擾問題 [17]。 PCB 布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前，可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定，包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局 布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線，并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。 在整個(gè) PCB 布線中，首先需要保證電源線和地線的穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)中需要在一塊 PCB 板上同時(shí)有模擬部分和數(shù)字部分，采用雙面板布線。在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來說，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來說，整個(gè) PCB 對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在 PCB 內(nèi)部進(jìn)行處華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 26 理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的，它們之間互不相連，只是在 PCB 與外界連接的接口處（如插頭等），數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，應(yīng)該只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在 PCB 上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來決定。 布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面： 1）線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 2）電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗），在 PCB 中是否還有能讓地線加寬的地方。 3）對(duì)于關(guān)鍵 的信號(hào)線是否采取了最佳措施，如長(zhǎng)度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。 4）模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。 5）后加在 PCB 中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會(huì)造成信號(hào)短路。對(duì)一些不理想的線形進(jìn)行修改。 6）在 PCB 上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響以后裝配元件的質(zhì)量。 在設(shè)計(jì)中也要注意以下一些問題： 1）去耦電容盡量與 VCC 直接連接。 2） PCB 板上的信號(hào)走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。 3）電源和地的 管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?huì) 導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。 4）在信號(hào)換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號(hào)提供最近的回路。甚至可以在 PCB 板上大量放置一些多余的接地過孔。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 27 4．系統(tǒng)軟件測(cè)試及分析 DSP核心板測(cè)試 可以通過向 VC5409 寫入簡(jiǎn)單的測(cè)試小燈程序，來驗(yàn)證整塊電路板上數(shù)字部分的電源是否正常，和 DSP 能夠正常工作，也可以簡(jiǎn)單驗(yàn)證與外部器件的連接。 CCS 開發(fā)工具 [17]是世界上最大的 DSP 生產(chǎn)廠商德州儀器（ TI）公司提 供的專業(yè) DSP 開發(fā)套件，集成了代碼編輯器，匯編器，連接器，軟件仿真器等等，可以和硬件仿真器一起使用，通過 JTAG 仿真口調(diào)試 DSP。并提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，大部分的 DSP 開發(fā)工作都可以在同一個(gè)界面中完成，減少了開發(fā)者的學(xué)習(xí)成本。本論文使用的 DSP 是 TMS320VC5409，所以開發(fā)工具選擇專門針對(duì)TI 的 C5000 系列的 CCS2（ 39。C5000），仿真器使用電信系 DSP 實(shí)驗(yàn)室已有的 USB接口仿真器（北京達(dá)盛科技出品）。因?yàn)樾枰獙?duì) DSP 系統(tǒng)所使用的存儲(chǔ)器資源進(jìn)行說明，指定程序段、數(shù)據(jù)段、堆棧以及復(fù)位向量和中斷向量 等安排在存儲(chǔ)器的具體什么位置， DSP 開發(fā)工具使用 .CMD 文件來完成這個(gè)工作。 CMD 文件所使用的具體命令可以參見參考文獻(xiàn) [18]。 所使用的測(cè)試程序如下（程序的功能在注釋中都有詳細(xì)說明，在文中不再解釋），由匯編指令寫成： 。FILE NAME: .mmregs .global _main 。必須使用 _main作主程序名 。否則，加載后不會(huì)有程序?qū)懭? GPIOCR .set 3Ch 。標(biāo)號(hào)，必須頂格寫 GPIOSR .set 3Dh 。0x3C是通 用 IO 口控制寄存器的地址 。0x3D是通用 IO 口狀態(tài)寄存器的地址 .text 。程序段開始 nop stm 0,CLKMD 。運(yùn)行頻率為 1/2倍的 CLKIN,禁止片內(nèi)鎖相環(huán) nop 。CLKIN為輸入的 10MHz頻率 ,所以 DSP周期為 200ns rsbx xf 。設(shè)置 XF為 0,因?yàn)樗刂浦?AD的復(fù)位端，高電平有效 _main: 。主程序開始 nop